JP2002270868A - 集積型光起電力装置及びその製造方法 - Google Patents
集積型光起電力装置及びその製造方法Info
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- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
で、加工が可能な集積型光起電力装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】 透光性基板上に、透明電極2、光活性層
となる半導体層3及び裏面電極層4をこの順序で形成し
た集積型光起電力装置であって、前記裏面電極層4は前
記半導体層3に近い側から透明導電膜41と金属膜42
とが積層され、かつその透明導電膜41中にはシリコン
(Si)またはナトリウム(Na)の中から選ばれる1
つ以上の元素がドープされている。
Description
た集積型光起電力装置及びその製造方法に関する。
という。)系半導体を光活性層に用いた光起電力装置が
いろいろな用途に使用されている。これは1枚の基板上
に多数の光電変換素子をカスケード接続することによ
り、高電圧を取出せるようにした集積型a−Si光起電
力装置に開発を負うところが大きい。
装置について、図5に従い説明する。ガラスからなる透
光性基板1の上に、酸化錫(SnO2)からなる透明電
極2、内部にpin接合を有する光活性層となる非晶質
半導体層3、裏面電極層4をこの順序で積層して形成さ
れる。上記非晶質半導体層3は、pinのシングル接合
のものや、pin接合を複数段積層した所謂タンデム構
造のものがある。タンデム構造は、例えば、内部にpi
n接続を有するフロントのa−Si膜とボトムのa−S
iGeとを積層して構成される。このタンデム構造の非
晶質半導体層3は、例えば、a−SiCからなるフロン
トp型非晶質半導体層31とa−Siからなるフロント
i型非晶質半導体層32と微結晶シリコンからなるフロ
ントn型非晶質半導体層33、a−SiCからなるボト
ムp型非晶質半導体層34とa−SiGeからなるボト
ムi型非晶質半導体層35と微結晶シリコンからなるボ
トムn型非晶質半導体層36とで構成されている。
全体として1枚の基板から高い電圧を取出せるように多
数の光電変換素子をカスケード接続している。集積型構
造を形成するためには、ガラス基板上の透明電極、a−
Si膜、裏面電極層を分離する必要がある。各々の膜を
分離する方法としては、主にレーザを用いたレーザパタ
ーニング法が用いられている(例えば、特公平4−64
473号公報参照)。
明する。まず、ガラスなどの絶縁性透光性基板1上にI
TO、SnO2等の透明電極2を形成し、レーザビーム
の照射により透明電極2を任意の段数に短冊状に分割す
る。そして、この分割された透明電極2上に内部にpi
n接合を有するa−Si膜からなる非晶質半導体層3を
堆積する。その後、透明電極2の分割ラインに沿って、
この分割ラインと重ならないようにしてレーザビームを
照射し、非晶質半導体層3を分割する。続いて、非晶質
半導体層3上に金属膜42を主体とした裏面電極層4を
形成するが、この時金属元素の非晶質半導体層3への拡
散を防止するとともに、n型a−Si膜と金属間の接合
特性を良好にするため界面にITO,ZnO等の透明導
電膜41aを挿入している。
明電極2と裏面電極層4とを接続した後、透明電極2及
び非晶質半導体層3の分割ラインに沿って、両分割ライ
ンと重ならないようにして、レーザビームを照射して裏
面電極層4を除去し、隣接するセル(光電変換素子:集
積型構造における一段)間を分離する。
光起電力装置を形成する際、裏面電極層4の分離プロセ
スにおいて、セル(集積型構造における一段)の透明電
極―裏面電極層が短絡してしまうことがある。その原因
を図6に従い説明する。
部の拡大図である。図6に示すように、裏面電極層4を
レーザで除去する際に、同時に非晶質半導体層3も除去
され、この時レーザ加工の熱影響により金属膜42端部
に生じる溶融だれ7や、n型a−Siと金属間の透明導
電膜41aの飛散、非晶質半導体層3の部分的な微結晶
化(低抵抗化)8等によるパスが生じるためである。
加工に対する従来の問題点を改善し、広い範囲のレーザ
照射条件下で、加工が可能な集積型光起電力装置を提供
することを目的とする。
上に、透明電極、光活性層となる半導体層及び裏面電極
層をこの順序で形成した集積型光起電力装置であって、
前記裏面電極層は前記半導体層に近い側から透明導電膜
と金属膜とが積層され、かつその透明導電膜中にはシリ
コン(Si)またはナトリウム(Na)の中から選ばれ
る1つ以上の元素がドープされていることを特徴とす
る。
i、またはNaのドープにより、透明導電膜の結晶性が
増大し、熱伝導性も向上する。その結果、裏面電極層加
工部における局部的な熱の滞留が減少するため、金属膜
端部の溶融だれやn型a−Si/金属間の透明導電膜の
飛散が防止でき、機械的なレーザ加工性が向上する。さ
らに下地の非晶質半導体層の加工部(裏面電極層と同時
に除去される)の熱による微結晶化(低抵抗化)も防止
できる。
極層を短絡させるパスが低減し、集積型光起電力装置の
出力特性、及び歩留を改善できる。
ープ量は1at.%以上10at.%以下にすると良
い。
aのドープ量は1at.%以上8at.%以下にすると
良い。
電極、光活性層となる半導体層及び裏面電極層をこの順
序で形成し、レーザパターニングにより各々の膜を分離
する集積型光起電力装置の製造方法であって、前記光起
電力層となる半導体層上にシリコンまたはナトリウムの
中から選ばれる1つ以上の元素がドープされた透明導電
膜を形成し、この透明導電膜上に金属膜を積層して裏面
電極層を形成した後、レーザパターニングにより裏面電
極層及び半導体層を分離することを特徴とする。
る集積型光起電力装置とその製造方法につき図1ないし
図4に従い説明する。図1は、この発明の実施の形態に
係る集積型光起電力装置を示す概略断面図であって、2
つの光電変換素子を電気的に直列接続する隣接間隔部を
中心に示している。そして、図2は、図1に示す破線A
で囲った隣接間隔部の拡大図である。また、図3は、こ
の発明の特徴とする裏面電極層を形成するためのスパッ
タ装置の一例を示す概略断面図である。
として、a−Siとa−SiGeを多層化したいわゆる
タンデム構造の集積型光起電力装置に適用したものであ
る。図1において、ガラスからなる絶縁性透光性基板1
上に膜厚0.2〜1μm、この実施の形態では、約1μ
mの膜厚のSnO2からなる透明電極2を熱CVD法な
どにより形成する。その後、例えば、例えば、レーザビ
ームの照射により透明電極2を任意の段数に短冊状に分
割する。
を有するフロントのa−Si膜とボトムのa−SiGe
とを積層したトータル膜厚が0.2〜0.4μm程度の
非晶質半導体層3を堆積する。この実施の形態において
は、トータル膜厚が約0.3μmの光活性層となる非晶
質半導体層3をプラズマCVD法により形成した。この
非晶質半導体層3は、a−SiCからなる膜厚200Å
のフロントp型非晶質半導体層31とa−Siからなる
膜厚1300〜1800Åのフロントi型非晶質半導体
層32と微結晶シリコンからなる膜厚300Åのフロン
トn型非晶質半導体層33、a−SiCからなる膜厚2
00Åのボトムp型非晶質半導体層34とa−SiGe
からなる膜厚1000〜1500Åのボトムi型非晶質
半導体層35と微結晶シリコンからなる膜厚300Åの
ボトムn型非晶質半導体層36とで構成されている。
て、この分割ラインと重ならないようにしてレーザビー
ムを照射し、非晶質半導体層3を分割する。なお、この
レーザパターニングの際、非晶質半導体層3の分離が十
分でなくても、透明電極2の一部が露出していれば、次
の工程で形成される裏面電極層4との電気的接続が行え
るので、問題にならない。
4を形成する。裏面電極4は、図3に示すスパッタ装置
によりITO、SnO2、ZnOから選択される膜厚1
000Åの透明導電膜41と、Au、Ag、Al、C
u、Ti、W、Niなどの常温(300K)の電気抵抗
率が50.0μΩ・cm以下の材料から選択される膜厚
3000Åの金属膜42を積層して形成され、このとき
前述した非晶質半導体層3のレーザ分離部において透明
導電膜2と裏面電極層4とが接続される。
金属膜の上にさらに透明導電膜などを積層させた3層以
上の構造を用いても良い。この実施の形態では、図3に
示すスパッタ装置において、第1カソード22にAlと
Naをともに2wt%ドープしたZnOターゲットを、
また第2カソード23にAgターゲットを用いて、非晶
質半導体を形成後、分離した仕掛け品10をスパッタ装
置21内を通すことで、2層構造の裏面電極層4を形成
した。
の分割ラインに沿って、裏面電極層4の加工部分にレー
ザビームを照射して隣接するセル間を分離する。
面電極層のパターニングの評価を行うため、40cm×
30cmサイズ、37段の集積型a−Si/a−SiG
eタンデム構造の光起電力装置を作製し、それぞれの各
段の低照度Voc測定(1000ルクス蛍光灯下にて測
定)を行った。その結果を図4に示す。図中黒で塗り潰
した四角形が本発明の集積型光起電力装置、黒丸がナト
リウム(Na)、シリコン(Si)をドープしていない
以外は本発明と同じ構造の従来の集積型光起電力装置で
ある。また、図4においては、+側が1、−側が37で
ある。
cが出ていない(ほとんどゼロ)段がなく、全体的にも
高い値が得られている。これは、n型a−Si36と金
属膜42間の透明導電膜41中へのNaのドープにより
透明導電膜の結晶性が増大し、レーザ加工の熱影響が原
因で生じる金属膜端部の溶融だれ、n型a−Si/金属
膜42間の透明導電膜41の飛散が防止でき、機械的な
加工性が向上したことに加えて、a−Si膜の部分的な
微結晶化などによるパスが削減できたためである。
晶性が向上することは、例えば、エッチングレートを比
較すると分かる。例えば、Naを5at%ドープすると
ともにAlドープしたZnO膜と、Alのみドープした
ZnO膜を用意し、濃度0.25%の塩酸をエッチング
液としたときのそれぞれのエッチングレート測定した。
ープしたZnO膜は、30Å/秒であるのに対して、A
lのみドープしたZnO膜は、90Å/秒であり、Na
を5at%ドープするとともにAlドープしたZnO膜
の方がエッチングレートが1/3である。このことは、
Naを5at%ドープした方が結晶性が向上しているこ
とを示している。なお、Siを5at%ドープするとと
もにAlドープしたZnO膜のエッチングレートも30
Å/秒程度である。
/金属間の透明導電膜中へのドープする不純物としてN
aを用いたが、代わりにSiをドープしても透明導電膜
の結晶性が向上し、同様の効果が得られることを確認し
ており、またNaドープ量は1at%以上8at%以
下、一方Siドープ量は1at%以上10at%以下の
時に最大の効果が得られる。即ち、NaまたはSiのド
ープ量が1%未満になると、エッチングレートが顕著に
低下し、結晶性の向上があまり認められず、また、Na
のドープ量が8at%を越え、Siのドープ量が10a
t%を越えると、下地のn型a−Si層との接合特性が
低下すると考えられるからである。
ば、確実に裏面電極層を分離することができ、集積型光
起電力装置の出力特性及び歩留りを改善することができ
る。
置を示す概略断面図であって、2つの光電変換素子を電
気的に直列接続する隣接間隔部を中心に示すものであ
る。
である。
置の断面図である。
低照度Voc測定結果を示す特性図である。
あって、2つの光電変換素子を電気的に直列接続する隣
接間隔部を中心に示すものである。
である。
Claims (4)
- 【請求項1】 透光性基板上に、透明電極、光活性層と
なる半導体層及び裏面電極層をこの順序で形成した集積
型光起電力装置であって、前記裏面電極層は前記半導体
層に近い側から透明導電膜と金属膜とが積層され、かつ
その透明導電膜中にはシリコンまたはナトリウムの中か
ら選ばれる1つ以上の元素がドープされていることを特
徴とする集積型光起電力装置。 - 【請求項2】 前記裏面電極層の透明導電膜中のシリコ
ンのドープ量は1at.%以上10at.%以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の集積型光起電力装
置。 - 【請求項3】 前記裏面電極層の透明導電膜中のナトリ
ウムのドープ量は1at.%以上8at.%以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の集積型光起電力装
置。 - 【請求項4】 透光性基板上に、透明電極、光活性層と
なる半導体層及び裏面電極層をこの順序で形成し、レー
ザパターニングにより各々の膜を分離する集積型光起電
力装置の製造方法であって、前記光起電力層となる半導
体層上にシリコンまたはナトリウムの中から選ばれる1
つ以上の元素がドープされた透明導電膜を形成し、この
透明導電膜上に金属膜を積層して裏面電極層を形成した
後、レーザパターニングにより裏面電極層及び半導体層
を分離することを特徴とする集積型光起電力装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001069016A JP4153669B2 (ja) | 2001-03-12 | 2001-03-12 | 集積型光起電力装置及びその製造方法 |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2002270868A true JP2002270868A (ja) | 2002-09-20 |
JP4153669B2 JP4153669B2 (ja) | 2008-09-24 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2001069016A Expired - Lifetime JP4153669B2 (ja) | 2001-03-12 | 2001-03-12 | 集積型光起電力装置及びその製造方法 |
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JP (1) | JP4153669B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008065970A1 (fr) * | 2006-11-30 | 2008-06-05 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Module de cellule solaire et procédé de fabrication de module de cellule solaire |
WO2010090101A1 (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-12 | 株式会社カネカ | 薄膜光電変換装置およびその製造方法 |
-
2001
- 2001-03-12 JP JP2001069016A patent/JP4153669B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008065970A1 (fr) * | 2006-11-30 | 2008-06-05 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Module de cellule solaire et procédé de fabrication de module de cellule solaire |
WO2010090101A1 (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-12 | 株式会社カネカ | 薄膜光電変換装置およびその製造方法 |
JPWO2010090101A1 (ja) * | 2009-02-06 | 2012-08-09 | 株式会社カネカ | 薄膜光電変換装置およびその製造方法 |
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